數(shù)字閥控制系統(tǒng)在板帶跑偏中的應(yīng)用
1.簡(jiǎn)介
板帶跑偏的數(shù)字閥控制系統(tǒng),包括中心位置控制( Center Position Control,CPC)和邊緣位置控制(Edge Position Control,EPC兩種。它們都是用計(jì)算機(jī)的數(shù)字信息直接控制液壓閥,即數(shù)字閥來(lái)控制板帶跑偏的。
脈寬調(diào)制式數(shù)字閥對(duì)板帶跑偏控制在一定范圍內(nèi)取代伺服閥的模擬控制。這是由于系統(tǒng)采用數(shù)字閥與計(jì)算機(jī)直接接口,與比例閥、伺服閥相比,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工藝性好,價(jià)格低廉,抗污染能力強(qiáng),重復(fù)性好,工作可靠,節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)的緣故。
2.系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)框圖
CPC和EPC系統(tǒng)均由信號(hào)采集裝置、脈寬調(diào)制式數(shù)字閥、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)等主要部件組成。板帶在開(kāi)卷機(jī)、圓盤剪、S輥等運(yùn)行過(guò)程中,所有執(zhí)行液壓缸控制的運(yùn)行點(diǎn),都可以安裝獨(dú)立的CPC控制裝置,最后在卷取機(jī)移動(dòng)液壓缸的運(yùn)行點(diǎn)上安裝EPC控制裝置。CPC和EPC與計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)之間采用Modbus或Ethernet網(wǎng)絡(luò)等通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,再由計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)向運(yùn)行在各個(gè)工作點(diǎn)的控制裝置發(fā)送命令并調(diào)整運(yùn)行參數(shù),各工作點(diǎn)的控制裝置自動(dòng)將卷取過(guò)程中的板帶按預(yù)定的程序進(jìn)行對(duì)中和對(duì)邊控制。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖41所示。
3.系統(tǒng)工作原理和控制算法
(1) CPC系統(tǒng)。CPC系統(tǒng)原理方框圖如圖42所示。采用光電檢測(cè)裝置測(cè)量行進(jìn)板帶的兩個(gè)邊緣的位置值,板帶兩邊位置差值輸人到電控柜,經(jīng)電控系統(tǒng)運(yùn)算后,發(fā)出信號(hào),控制開(kāi)卷機(jī)的運(yùn)動(dòng),使板帶自動(dòng)回到設(shè)定的中位,達(dá)到自動(dòng)對(duì)中的目的。
(2) EPC系統(tǒng)。EPC系統(tǒng)的工作原理是將板帶橫向偏移量由光電信號(hào)采集裝置檢測(cè)后,輸送到微機(jī)(PLC),經(jīng)光電偶合器放大,輸送給電液數(shù)字閥,由數(shù)字閥控制液壓缸帶動(dòng)卷取機(jī)運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)量經(jīng)位移傳感器檢測(cè)并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,反饋給PLC綜合(運(yùn)算),形成閉環(huán)電液數(shù)字控制,卷筒自動(dòng)跟蹤板帶的跑偏,實(shí)現(xiàn)整卷鋼卷邊部自動(dòng)卷齊。其系統(tǒng)原理框圖如圖43所示。
(3)理論分析。無(wú)論是CPC或EPC系統(tǒng),均可采用脈寬調(diào)制原理工作,即通過(guò)改變導(dǎo)通時(shí)間tp與調(diào)制周期T之比(占空比),使一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)輸出的平均值與相應(yīng)時(shí)刻采樣得到的信號(hào)成比例。若周期T固定不變,則通過(guò)改變導(dǎo)通時(shí)間來(lái)改變占空比。
設(shè)被脈寬調(diào)制的閥導(dǎo)通時(shí)間為tp,若調(diào)制周期T給定,那么,由進(jìn)油口進(jìn)入閥腔內(nèi)的平均流量為
式中:ps為進(jìn)油口壓力,MPa; pL為平均控制壓力,MPa;As為闊的最大開(kāi)口面積,m2; Cd為流量系統(tǒng)(一般取0.6~0.7);ρ為油的密度(可為0.86×103 kg/m2)。
而由閥腔內(nèi)流出到回油口的平均流量為
式中:A為閥回油口通油最大面積,m2。
則出油口的平均流量為
若CPC和EPC采用兩個(gè)相同的二位三通電磁球閥控制,則可直接按式(8-17)計(jì)算進(jìn)入執(zhí)行元件的平均流量。
若令
式(8-20)為執(zhí)行元件運(yùn)行的平均流量。顯然,改變占空比,即能控制液壓缸的平均速度,就達(dá)到糾偏控制之目的。
4.CPC和EPC控制算法
CPC和EPC控制采用PI(比例、積分)算法,如圖44所示。
系統(tǒng)具有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制功能。手動(dòng)控制時(shí),手動(dòng)控制信號(hào)與液壓缸位移信號(hào)的偏差K(M-Yc),通過(guò)施加一定增益后,經(jīng)PWM脈寬調(diào)制,使機(jī)械液壓系統(tǒng)對(duì)液壓缸進(jìn)行調(diào)節(jié),最終使K(M-Yc)=0。自動(dòng)控制時(shí),根據(jù)對(duì)被調(diào)節(jié)信號(hào)(鋼板)Gc測(cè)量,當(dāng)檢測(cè)到跑偏量與液壓缸之間的偏差,進(jìn)行PI調(diào)節(jié),得到偏差信號(hào)A,經(jīng)自動(dòng)控制信號(hào)與液壓缸位移信號(hào)的偏差K(A-Yc),再通過(guò)施加一定增益K后,再經(jīng)PWM脈寬調(diào)制,使機(jī)械液壓系統(tǒng)對(duì)液壓缸進(jìn)行調(diào)節(jié),最終使K(A-Yc)=C。